Энергии системы при экзотермической реакции

Рис. 2.1.4. Зависимость потенциальной энергии системы от типа реакции Еа — энергия активации экзотермической реакции, Еа — энергия активации эндотермической реакции

Нарушение равновесного распределения энергии в ходе хими> ческой реакции. При столкновениях молекул вследствие перераспределения энергии устанавливается равновесное (максвелл-больцма-новское) распределение энергии. Это распределение энергии по молекулам может быть нарушено быстро протекающей химической реакцией. Эндотермическая реакция (например, диссоциация молекул) обедняет газ горячими молекулами. Если в газе не успевает восстанавливаться равновесная концентрация богатых энергией молекул, то газ обедняется горячими молекулами, скорость реакции уменьшается. Экзотермическая реакция, наоборот, поставляет возбужденные молекулы, и при недостаточно интенсивном установлении равновесного распределения энергии реакционная система содержит повышенное количество колебательно-возбужденных молекул. [c.59]

V При экзотермических реакциях теплота выделяется, т.е. уменьшается энтальпия, или внутренняя энергия, системы, и значения АН VI А и для них отрицательны. При эндотермических реакциях теплота поглощается, т. е. Я и 11 системы возрастают, а ДЯ и Аи имеют положительные значения [c.160]

На рис. 17.8 представлено изменение энергии в ходе экзотермической реакции. Уровень / соответствует средней энергии исходных веществ ( ср). Уровень // — средней энергии продуктов реакции ( ср). Обычно средняя энергия молекул исходных веществ и продуктов реакции, поддерживаемая их соударениями, значительно ниже энергии активации прямой (Еа ) и обратной (Е ) реакций, т. е. Еср<Е" и ср< а . Из всех молекул только небольшая доля имеет энергию, большую энергии активации. По этой причине лишь небольшая доля молекул способна к реакции. Обладая большой кинетической энергией, эти молекулы сталкиваются, преодолевают энергетический барьер, взаимодействуют и дают продукты реакции. Выделяющаяся при этом энергия передается другим молекулам, повышая их энергию до энергии активации и т, д. Дополнительная энергия молекулами может быть получена и извне, например за счет нагрева или поглощения энергии излучения. Таким образом, в ходе реакции энергия системы сначала возрастает до уровня энергетического барьера, отвечающего точке К, а затем уменьшается до уровня //, [c.284]

Принцип минимума свободной энергии широко используется в физической химии и технологии. Он указывает направление в данной системе процессов, определяет условия равновесия систем. Согласно принципу минимума свободной энергии наиболее вероятное состояние термодинамической системы соответствует минимуму свободной энергии в ней. По этой причине большинство веществ, образующихся в результате экзотермических реакций, являются термодинамически устойчивыми, так как обладают малым запасом свободной энергии. [c.106]

Рис. 164 поясняет эти представления. На нем по вертикальной оси отложена энергия рассматриваемой системы молекул, а по горизонтальной — ход реакции. Если прямая реакция (переход из состояния / в состояние II) является экзотермической, то общий запас энергии продуктов реакции меньше, чем исходных веществ, т. е. система в результате этой реакции переходит на более низкий энергетический уровень (с уровня / на уровень II) . Разность уровней I и II равна тепловому эффекту реакции. Уровень К определяет тот наименьший запас энергии, которым должны обладать молекулы, чтобы их столкновения могли приводить к химическому взаимодействию. Разность между этим уровнем К и уровнем I представляет энергию активации прямой реакции Е, а разность между уровнями К и // —энергию активации обратной реакции Е. Таким образом, по пути из исходного состояния в конечное система должна перейти через своего рода энергетический барьер. [c.478]

Теплоту химической реакции, проводимой при постоянном давлении (или хотя бы при условии, что окончательное давление совпадает с исходным), принято называть изменением энтальпии реагирующей системы, АН (читается дельта-аш ). Как мы узнаем из гл. 15, изменение энергии АЕ соответствует теплоте реакции, проводимой при постоянном объеме, например в калориметрической бомбе, показанной на рис. 2-4. Энтальпию можно рассматривать как энергию, в которую внесена поправка, учитывающая работу, которую могли совершить реагенты, отталкивая атмосферу, если они расширялись во время реакции. Различие между Д и АН невелико, но очень важно, хотя сейчас мы еще не будем уделять ему внимания. Если в процессе реакции выделяется теплота, то энтальпия реагирующей системы убывает в этом случае изменение энтальпии АН отрицательно. Такие реакции называются экзотермическими. Реакции, протекающие с поглощением теплоты, называются эндотермическими в таких реакциях происходит возрастание энтальпии реакционной смеси. Для реакции разложения пероксида водорода можно записать [c.89]

Тепловые эффекты определяются экспериментально (в калориметре) или с помощью термохимических расчетов. Абсолютные значения энтальпий и внутренней энергии мы определить не можем. Но для термодинамических расчетов и экспериментального определения тепловых эффектов важно знать лишь изменение состояния системы, т. е. изменение значения энтальпии и внутренней энергии. При экзотермических реакциях теплота выделяется, следовательно, энтальпия или внутренняя энергия системы уменьшается, и значения ДЯ и AU для них отрицательны. Напротив, при эндотермических реакциях теплота поглощается, т. е. Н VL и системы возрастают, а потому ДЯ и AU имеют положительные значения. Раньше тепловые эффекты обозначали через Q и считали их положительными, если выделяется теплота, и отрицательными, если она поглощается. В настоящее время тепловой эффект принято обозначать через ДЯ, причем стали считать положительными тепловые эффекты реакций, происходящих с поглощением теплоты, а отрицательными — происходящих с выделением теплоты. [c.235]

Протекание химической реакции сопровождается изменением внутренней энергии реагирующих систем. Если внутренняя энергия системы уменьшается (Аи<.0), то реакция протекает с выделением энергии (экзотермические реакции). Если же внутренняя энергия системы возрастает (Д(У>0), то процесс сопровождается поглощением энергии из внешней среды (эндотермические реакции). [c.73]

Т. е. изменение энтальпии равно сумме изменения внутренней энергии (А.и) и совершенной системой работы расширения (РДК). Если при этом никакие другие виды работы не совершаются, то АН — Ор, где Qp — тепловой эффект реакции, протекаюш,ей при постоянном давлении. Для экзотермической реакции Ор < О, для эндотермической Ор > 0. [c.74]

Естественно предположить, что и химические процессы должны самопроизвольно протекать в направлении уменьшения внутренней энергии системы, т. е. в направлении, отвечающем положительному тепловому эффекту реакции. Действительно, опыт показывает, что при обычных условиях самопроизвольно протекают преимущественно экзотермические реакции. [c.190]

Любая химическая система стремится к состоянию с минимальной энергией и максимальной энтропией. В данной реакции роль энергии оказывается преобладающей (реакция сильно экзотермическая). [c.532]

Второе начало термодинамики позволяет сформулировать отдельные положения, которые указывают пути исследований по созданию энергетически оптимальных схем. К ним относятся использование тепла экзотермических реакций для обеспечения системы энергией использование внутренней движущей силы для ведения процесса (примером может служить установка по разделению воздуха и использование эффекта Джоуля—Томпсона) использование тепла на уровне его получения и ведение процесса при температуре, по возможности близкой к температуре окружающей среды (в этой связи следует заметить, что тепловой насос термодинамически неэффективен, так как создает большой градиент температур). [c.488]

В большом цикле работ Дж. Поляни с сотр. [284, 345, 365, 366, 368, 369) исследовано влияние локализации барьера ППЭ на характер кинетического поведения молекулярной системы. Для трехчастичной реакции обмена типа А + ВС АВ + С вводится классификация участков ППЭ вдоль пути реакции. В зависимости от того, где в основном кинетическая энергия системы превращается во внутреннюю энергию продуктов — при сближении реагентов или при разлете продуктов, ППЭ соответственно называется притягивающей или отталкивающей. В промежуточном случае говорят о смешанной поверхности. Показано, что притягивающие ППЭ характерны для экзотермических реакций, а отталкивающие — для эндотермических. Определены функции распределения энергии между продуктами реакции в зависимости от вида поверхности. Так, для экзотермических реакций притягивающий характер потенциала обусловливает сильное колебательное возбуждение продуктов. Степень колебательного возбуждения продуктов определяется также и соотношением масс реагентов. Проанализирована эффективность вращательного и колебательного возбуждений в преодолении барьера активации в зависимости от локализации барьера. Показано, что поступательная энергия реагентов более эффективна в преодолении барьера, чем колебательная, когда барьер расположен в области реагентов. Колебательная энергия реагентов более эффективна при локализации барьера в области продуктов. [c.93]

При экзотермических реакциях теплота выделяется, т. е. уменьшается энтальпия, или внутренняя энергия, системы, и значения АН [c.196]

Итак, при химических реакциях происходит взаимное превращение внутренней энергии веществ, с одной стороны, и тепловой, лучистой, электрической или механической энергии, с другой. Реакции, протекающие с выделение.м энергии, называют экзотермическими, а реакции, при которых энергия поглощается, — эндотермическими. Часто энтальпию системы называют теплосодержанием, поскольку она равна теплоте изобарного процесса. Поскольку в экзотермической реакции теплота выделяется, то это происходит за счет уменьшения теплосодержания системы. Значит, энтальпия системы в конечном состоянии становится меньшей энтальпии системы в исходном состоянии, тогда АН = Я2 — Ях <0, Аналогичные рассуждения показывают, что в эндотермической реакции ЛЯ > 0. [c.173]

Н1 (г) = Нг (г)4-12 (г), ДЯ=17 кдж реакционный путь будет обратным пути экзотермической реакции синтеза HI. Как видно из рис. 137, в этом случае начальному состоянию системы соответствует уровень энергии 2Я род, конечному а энергия активации реакции составляет (185 кдж). [c.214]

Начертите, как меняется энергия системы (в условном масштабе) в ходе экзотермической реакции и эндотермической реакции. [c.56]

Уже говорилось о том, что часто протекание химических реакций сопровождается выделением или поглощением теплоты (тепловым эффектом). Экзотермической называют реакцию, протекающую с выделением теплоты, а эндотермической — с поглощением теплоты из окружающей среды. В экзотермических реакциях принято считать теплоту реакции отрицательной (энергия реагирующей системы уменьшается), а в эндотермических— положительной (энергия увеличивается). [c.208]

Тенденция системы к достижению минимальной потенциальной энергии есть одна из движущих сил, определяющих поведение молекулярных систем. Например, подобно тому как камень обладает потенциальной энергией благодаря своему положению относительно земли, так и одно химическое вещество обладает потенциальной энергией относительно других веществ благодаря определенному расположению ядер и электронов. При изменениях этого расположения может высвобождаться энергия. Например, самопроизвольный процесс сгорания пропана (топливного газа, поставляемого в баллонах) является сильно экзотермической реакцией [c.173]

На рис. 79 изображено изменение энергии реагируюш.их веществ в ходе экзотермической реакции. Уровень I соответствует исходным веществам, уровень II — продуктам реакции. В ходе реакции энергия системы сначала возрастает до величины, отвечающей точке К, а затем уменьшается до уровня II. Как говорят, в ходе реакции преодолевается энергетический барьер. Величина этого барьера характеризуется той минимальной дополнительной энергией Е , которую нужно сообщить исходным веществам, чтобы произошла реакция. Эта величина называется энергией активации. При протекании реакции в обратном направлении энергия активации равна 2. Разность 2 — Ех равна теплоте реакции АЯ. [c.239]

При химических реакциях происходит не только изменение химического состава вещества, но и одновременно изменение запаса химической энергии системы. Если вещества, образующиеся при реакции, обладают меньшим запасом химической энергии, чем вещества, вступающие в реакцию, то в результате выделяется энергия (наиболее часто в виде тепловой энергии). Такие реакции называются экзотермическими. Если вещества, образующиеся при реакции, обладают большим запасом химической энергии, чем вещества, вступающие в реакцию, то для протекания этой реакции необходимо затратить энергию. Такие реакции называются эндотермическими. [c.57]

По числу участвующих мономеров различают гомополимеризацию (один вид мономера) и сополимеризацию (два и более видов мономеров). Полимеризация —самопроизвольный экзотермический процесс (Л0<0, Д//<0), так как разрыв двойных связей или циклов с образованием ординарных связей ведет к уменьшению энергии системы. Однако без внешних воздействий (инициаторов, катализаторов и т.д.) полимеризация протекает обычно медленно. Полимеризация является цепной реакцией. В зависимости от характера активных частиц различают радикальную и ионную полимеризации. [c.352]

Чтобы произошла реакция, необходимо разорвать химические связи в молекулах водорода и кислорода, и тогда образуются новые связи между атомами водорода и кислорода. Если внутренняя энергия начальной системы больше внутренней энергии конечной системы (Е > Е ), то разность энергии выделится в виде тепла (экзотермическая реакция). [c.161]

В середине прошлого века Бертло и Томсен постулировали, что самопроизвольно происходят только процессы, сопровождающиеся уменьшением энергии системы, т. е. экзотермические. Это оказывается правильным для подавляющего большинства явлений при температурах, близких к комнатным. Однако существование, например, эндотермических процессов взаимного растворения веществ отвергает этот принцип в качестве универсального критерия направленности процесса. Более того, любая обратимая химическая реакция показывает его неправомочность, так как, самопроизвольно проходящая в одном направлении экзотермически, она непременно будет эндотермической в другом. [c.170]

Влияние температуры. Повышение температуры, происходящее при поглощении системой энергии извне, смещает равновесие в сторону процесса, поглощающего теплоту, т. е. эндотермического, а понижение температуры соответственно способствует большей степени протекания экзотермической реакции, как показано в предыдущем параграфе на примере реакции синтеза йодоводорода. [c.195]

В соответствии с двумя стадиями образования простых веществ из элементов вводятся представления об их химическом и кристаллохимическом строении. При этом термин химическое строение относится к молекулярной форме химической организации вещества. Таким образом, процесс образования простого вещества из атомов химического элемента представляет собой химическую реакцию. Образовавшийся продукт обладает качественно своеобразными свойствами. За счет возникновения химических свя.чей энергия системы уменьшается, что проявляется в наличии экзотермического - ф-фекта при взаимодействии. Следовательно, простое вещество представляет собой продукт химического взаимодействия одинаковых атомов и его необходимо рассматривать как гомоатомное химическое соединение . [c.28]

Если величина Qa отрицательна, то реакция экзотермическая. система выделяет тепловую энергию в ходе реакции, внутренняя энергия реагентов выше внутренней энергии продуктов. [c.168]

На это затрачивается некоторая энергия активации а, на величину которой возрастает энергия системы. При этом в ходе реакции из частиц реагирующих веществ образуется промежуточная неустойчивая группировка, называемая переходным состоянием или активированным комплексом (точка L), последующий распад которой приводит к образованию конечных продуктов СиО. Если при распаде активированного комплекса выделяется больше энергии, чем это необходимо для активации, то эта реакция экзотермическая, в противоположном случае — эндотермическая. Примером эндотермической реакции может служить процесс, обратный экзотермической реакции (А+В = С+0),—образование веществ А и В из С и О. В этом случае начальному состоянию системы соответствует уровень энергии М, конечному М, а энергия активации составляет Яа+АЯ (где ДЯ —тепловой эффект реакции). Для протекания эндотермических реакций требуется непрерывный подвод энергии извне. [c.71]

В реакциях окисления мы встречаемся с еще одним обстоятельством. Реакция НН + О КООН, в Которой участвует молекула кислорода в триплетном состоянии, не может протекать из-за нарушения закона сохранения спина (спин исходной системы равен 1, спин продукта равен 0). Цепной радикальный механизм позволяет преодолеть это препятствие. Применение внешних источников инициирования (свет, электроны, инициаторы, активная поверхность) ускоряет цепной процесс. Таким образом, возникновение активных промежуточных частиц и их многократное участие в отдельных стадиях сложного процесса и является преимуществом цепного процесса, объясняющим широкую распространенность цепных реакций. Чаще всего цепная реакция — экзотермический процесс. В отличие от одностадийных экзотермических реакций в цепном процессе часть энергии исходных веществ переходит в энергию промежуточных частиц, обеспечивающую им высокую активность. Чаще всего это химическая энергия валентноненасыщенных частиц — свободных радикалов, атомов, активных молекулярных продуктов со слабыми связями. Реже это колебательновозбужденные состояния молекул, в которых молекулы вступают в реакции. И в том, и в другом случае имеет место экономное использование энергии суммарного процесса для ускорения превращения исходных частиц в продукты. Размножение активных частиц в разветвленных и вырожденно-разветвленных реакциях является уникальным способом самообеспечения системы активными промежуточными частицами. Разветвление цепей позволяет преодолеть высокую эн-дотермичность актов зарождения цепей и во многих случаях отказаться от внешних источников инициирования. [c.219]

Рис. 34 иллюстрирует изменение энергии в ходе реакции. Точка / на оси ординат соответствует энергии молекул исходных веществ АВ и СО, точка //— энергии молекул продуктов реакции АС и ВО. В данном случае энергия молекул продуктов реакции меньше, чем у исходных веществ, система переходит с более высокого энергетического уровня на более низкий, т. е. реакция является экзотермической. Раз- ность уровней энергии начального и конечного со-< [c.91]

Рассмотрим действие этого принципа подробнее. При повышении температуры (при получении системой дополнительной энергии) равновесие экзотермической реакции смен ается в сторону увеличения концентрации исходных веществ, а равновесие эндoт p iичe кoй реакции — в сторону увеличения концентрации продуктов реакции, т. е. в обоих случаях — в направлении эндотермического процесса, при котором частично, поглощлется лополнительнзя энергия. Напротив, ири понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, [c.41]

Порядок этих величин соответствует значениям энергии распространенных экзотермических реакций. Вви-цу того что в кластерах число вершинных и реберных атомов становится сопоставимым с числом поверхностных частиц, можно считать, что составляющими у являются поверхностная, реберная и вершинная энергия. Для упрощения за J принимают обычно поверхностную энергию, что вполне допустимо для макрочастиц. В расчетах, приведенных в работе [1], дробление макрокристалла Na l массой 1 г на кубики с d=l нм приводит вследствие увеличения поверхности к росту мольной энергии системы от значения 3 мДж почти в 10 раз. [c.22]

Рис. 4.2. Изменение энергии реагирующей системы при некаталитической А + В - АВ (I) и каталитической (2) экзотермической реакции по модели Ленгмюра - Хиншель-вуда

Интересующие нас квантовые системы, как мы видели, обладают свойством изменять частоту излучения, вообще трансформировать энергию. Их внутренняя энергия складывается из электронной и вибрационной (тепловой) энергии, причем запас ее может пополняться или уменьщаться при взаимодействии, с излучением и с соприкасающимися веществами — другими квантовыми системами. Изменение уровня электронной энергии сопровождается изменением уровня вибрационной энергии и, наоборот, увеличение или уменьшение запаса последней влечет за собой соответствующее изменение электронной энергии. Дело в том, что упругие силы, действующие между атомами, зависят от энергетического состояния электронов в то же время шругие колебания атомов деформируют электронные оболочки, т. е. изменяют уровень энергии электронов. Другими словами, в твердом веществе существует электронно-фононное взаимодействие, причем передача и трансформация энергии происходят путем столкновения электронов с фононами. Представляя собой систему большого числа взаимосвязанных вибраторов, твердое вещество имеет сплошные спектры поглощения. Благодаря этому соударение с твердым телом возбужденных молекул или комплексов, в частности продуктов экзотермических реакций, позволяет им освобождаться от избыточной энергии, прежде чем наступает их диссоциация. Твердое тело может вместе с тем легко передавать из своих запасов дополнительную энергию адсорбированным молекулам или атомам и таким путем активировать их, что при определенных условиях позволяет ему служить катализатором химических реакций. [c.132]

На рис. 45 показано, что скорость реакции пропорциональна числу активных молекул и зависит от величины энергии активации. На этом рисунке по оси ординат отложена энергия рассматриваемой системы молекул, а по оси абсцисс — ход реакции. Если реакция перехода из состояния / в состояние // идет с выделением тепла, т. е. является экзотермической, то общий запас энергии продуктов реакции меньше, чем исходных веществ. При этом разность энергетических уровней / и II равна тепловому эффекту реакции Q. Энергетический уровень К характеризует то наименьшее количество энергии, которым должны обладать молекулы, чтобы при столкновении друг с другом они прореагировали. Разность между уровнем К и уровнем I характеризует энергию активации ) прямой реакции, а разность между уровнями К я II --энергию активации обратной реакции Е2- Таким образом, при иере.ходе из состояния I в состояние II система должна преодолеть энергетический барьер, т. е. должна обладать определенным избытком энергии, чтобы вступить в химическое взаимодействие. [c.155]

Энергетический барьер экзотермической химической реакции обусловлен перестройкой электронной структуры реагирующих частиц. Если атом А реагирует с молекулой ВС, то в реакции рвется связь В - -С и образуется связь А — В. Такую перестройку приближенно можно описать как суперпозицию двух волновых функций г з = а 115а, вс 4 + С Фав, с, где г15д, вс описывает взаимодействие А с молекулой ВС, а я1)ав, с — атома С с молекулой АВ коэффициенты а и с меняются вдоль координаты реакции. Качественное представление об общем характере поверхности потенциальной энергии дает рассмотрение двух независимых поверхностей, одна из которых описывается функцией 1 А, вс, другая Фав, с- Эти две поверхности пересекаются. При взаимодействии А с ВС пересечение исчезает и образуются нижняя и верхняя поверхности потенциальной энергии, система движется по нижней поверхности. В реакции атома водорода с молекулой водорода функции [c.87]

В результате реакции энтальпия системы либо возврастает (ДН > 0), т е. система поглощает энергию из внешней среды (эндотермическая реакция), либо утиеньшается (ДН < 0), т.е. систс.ма выделяет энергию (экзотермическая реакция). [c.24]

ДЯ>0 (эндотермический процесс), АЯ <7 А5, тогда AG = = АЯ—7 А5<0. Возрастание энтальпии компенсируется значительно большим ростом энтропийного члена, что осуществимо при высоких температурах или при реакциях с участием газовой фазы, когда наблюдаются значительные изменения энтропии. Этим и объясняется возможность протекания эндотермических реакций, что не согласуется с принципом Бертло. Судить о направлении процесса по знаку изменения энтальпии в соответствии с этим принципом можно лишь а) при низких температурах (при 7 0, TAS-I-0 и 7 А5сАЯ), когда знаки изменения свободной энергии и энтальпии совпадают б) в конденсированных системах, в которых в процессе взаимодействия энтропия меняется незначительно (беспорядок не может существенно возрасти, если, например, одно кристалличеа<ое вещество превращается в другое кристаллическое вещество). Поэтому при низких температурах и в конденсированных системах возможно протекание лишь экзотермических реакций (AG<0, когда АЯ<0). [c.212]

Деление атомных ядер и ядерный синтез. Ядерная энергетика. За рубежом в 1939 г. было показано, что уран, облученный нейтронами, испытывает необычное превращение делится на два осколка с атомной массой, примерно вдвое меньней, чем у урана. Одновременно наблюдается образование нескольких нейтронов. Этот новый тип ядерных превращений получил название деления. В этом же году советские ученые Петржак и Флеров доказали, что деление урана осуществляется не только при облучении нейтронами, но и самопроизвольно. Таким образом, для урана распад может идти одновременно по двум схемам, по типу а-распада и по типу деления. Последний процесс характеризуется большим периодом полураспада (10 лет) и поэтому в природном уране он осуществляется очень редко. Положение здесь аналогично химическим экзотермическим реакциям, которые могут протекать самопроизвольно, но с измеримой скоростью протекают лишь тогда, когда система получает необходимую энергию активации, позволяющую реагирующим частицам преодолеть потенциальный барьер. Для осуществления деления требуется также активация, например, за счет поглощения тяжелым ядром нейтрона. [c.419]

При протекании химических реакций происходит выделение или поглощение тепла, если температура в начале и в конце процесса одинакова. Если тепло выделяется, то реакция называется экзотермической если поглощается — эндотермической. Причина выделения или поглощения тепла заключается в том, что во время химической реакции связи между атомами в молекулах исходных веществ разрушаются и образуются новые связи с другой энергией, например, меньшей. Излишек энергии, который тоже явля-. ется внутренней энергией системы, переходит в кинетическую энергию молекул, что приводит к нагреву системы. Если при этом система находится в тепловом контакте с термостатом, то это приводит к выделению из системы тепла. [c.25]

Согласно системе знаков, принятой в химической термодинамике, положительным считается теплота, подводимая к системе. Поэтому тепловой эффект эндотерминеской реакции является положительным, а экзотермической реакции — отрицательным. При постоянном объеме тепловой эффект равен изменению внутренней энергии системы Д , при постоянном дав.ченип — изменение эпта.тьпии ЛН. [c.86]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология